教科版高中物理選修3-2課時作業(yè)1-3法拉第電磁感應定律

課時分層作業(yè)(二)(時間：40分鐘分值：100分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1．關(guān)于某一閉合電路中感應電動勢E的大小，下列說法中正確的是()A．E跟穿過這一閉合電路的磁通量的大小成正比B．E跟穿過這一閉合電路的磁通量的變化量大小成正比C．E跟穿過這一閉合電路的磁通量的變化率成正比D．某時刻穿過線圈的磁通量為零，該時刻E一定為零C[磁通量變化量表示磁通量變化的大小，磁通量變化率表示磁通量變化的快慢．感應電動勢與磁通量變化率成正比，和磁通量及其變化量都無必然聯(lián)系．]2.如圖所示，在豎直向下的勻強磁場中有一根水平放置的金屬棒沿水平方向拋出，初速度方向和棒垂直，則棒兩端產(chǎn)生的感應電動勢將()A．隨時間增大 B．隨時間減小C．不隨時間變化 D．難以確定C[金屬棒水平拋出后做平拋運動，水平方向上做勻速直線運動，由E＝BLv0.可知E不變；豎直方向上做勻加速直線運動，但該方向上不切割磁感線，故不產(chǎn)生電動勢．所以整個過程中，金屬棒產(chǎn)生的總電動勢為水平方向的電動勢E＝BLv0.選項C正確．]3．一矩形線框置于勻強磁場中，線框平面與磁場方向垂直．先保持線框的面積不變，將磁感應強度在1s時間內(nèi)均勻地增大到原來的兩倍．接著保持增大后的磁感應強度不變，在1s時間內(nèi)，再將線框的面積均勻地減小到原來的一半．先后兩個過程中，線框中感應電動勢的比值為()A.eq\f(1,2) B．1C．2 D．4B[先保持線框的面積不變，由法拉第電磁感應定律可知E1＝eq\f(SΔB,Δt)＝Seq\f(2B－B,Δt)＝eq\f(BS,Δt)；再保持增大后的磁感應強度不變，有E2＝2Beq\f(ΔS,Δt)＝eq\f(BS,Δt)，可見先后兩個過程中產(chǎn)生的電動勢的大小相等，兩者的比值為1，選項B正確．]4.一接有電壓表的矩形線圈abcd在勻強磁場中向右做勻速運動，如圖所示，下列說法正確的是()A．線圈中有感應電流，有感應電動勢B．線圈中無感應電流，也無感應電動勢C．線圈中無感應電流，有感應電動勢D．線圈中無感應電流，但電壓表有示數(shù)C[矩形線圈在勻強磁場中向右勻速運動，穿過線圈的磁通量沒有發(fā)生變化，無感應電流產(chǎn)生，故選項A錯誤；因?qū)w邊框ad和bc均切割磁感線，因此ad和bc邊框中均產(chǎn)生感應電動勢，無電流通過電壓表，所以電壓表無示數(shù)，故B、D錯誤，C正確．]5.如圖所示，在半徑為R的虛線圓內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度B隨時間變化關(guān)系為B＝B0＋kt，在磁場外距圓心O為2R處有一半徑恰為2R的半圓導線環(huán)(圖中實線)，則導線環(huán)中的感應電動勢大小為()A．0B．kπR2C.eq\f(kπR2,2) D．2kπR2C[由E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔBS,Δt)＝eq\f(1,2)πR2k可知選項C正確．]6．(多選)單匝矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場，若線圈所圍面積中磁通量隨時間變化的曲線如圖所示，則0～D過程中()A．線圈中0時刻感應電動勢為零B．線圈中D時刻感應電動勢為零C．線圈中D時刻感應電動勢最大D．線圈中0至D時間內(nèi)平均感應電動勢為0.4VBD[線圈中0時刻切線斜率最大，即磁通量的變化率為最大，則感應電動勢最大，D時刻磁通量的變化率為零，則感應電動勢為零，故A、C錯誤，B正確；根據(jù)法拉第電磁感應定律得：E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(2×10－3,0.005)V＝0.4V，故D正確．]二、非選擇題(14分)7.如圖所示，勻強磁場的磁感應強度為B，方向豎直向下，在磁場中有一邊長為l的正方形導線框，ab邊質(zhì)量為m，其余邊質(zhì)量不計，cd邊有固定的水平軸，導線框可以繞其轉(zhuǎn)動，現(xiàn)將導線框拉至水平位置由靜止釋放，不計摩擦和空氣阻力，導線框經(jīng)過時間t運動到豎直位置，此時ab邊的速度為v，求：(1)此過程中線框產(chǎn)生的平均感應電動勢的大小；(2)線框運動到豎直位置時線框感應電動勢的大小．解析：(1)線框在初位置Φ1＝BS＝Bl2，轉(zhuǎn)到豎直位置Φ2＝0.根據(jù)法拉第電磁感應定律E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(Bl2,t).(2)轉(zhuǎn)到豎直位置時，bc、ad兩邊不切割磁感線，ab邊垂直切割磁感線，此時求的是瞬時感應電動勢，則感應電動勢的大小為E＝Blv.答案：(1)eq\f(Bl2,t)(2)Blv一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1．一閉合圓形線圈放在勻強磁場中，線圈的軸線與磁場方向成30°角，磁感應強度隨時間均勻變化．下列方法中能使線圈中感應電流增大一倍的是()A．把線圈匝數(shù)增加一倍B．把線圈面積增大一倍C．把線圈半徑增大一倍D．把線圈匝數(shù)減少到原來的一半C[設(shè)線圈中的感應電流為I，線圈電阻為R，匝數(shù)為n，半徑為r，面積為S，線圈導線的橫截面積為S′，電阻率為ρ.由法拉第電磁感應定律知E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔBScos30°,Δt)，由閉合電路歐姆定律知I＝eq\f(E,R)，由電阻定律知R＝ρeq\f(n·2πr,S′)，則I＝eq\f(ΔBrS′,2ρΔt)cos30°，其中，eq\f(ΔB,Δt)、ρ、S′均為恒量，所以I∝r，故選項C正確．]2．如圖所示，閉合導線框abcd的質(zhì)量可以忽略不計，將它從圖中所示的位置勻速拉出勻強磁場．若第一次用0.3s時間拉出，拉動過程中導線ab所受安培力為F1，通過導線橫截面的電荷量為q1；第二次用0.9s時間拉出，拉動過程中導線ab所受安培力為F2，通過導線橫截面的電荷量為q2，則()A．F1<F2，q1<q2 B．F1<F2，q1＝q2C．F1＝F2，q1<q2 D．F1>F2，q1＝q2D[由于線框在兩次拉出過程中，磁通量的變化量相等，即ΔΦ1＝ΔΦ2，而通過導線橫截面的電荷量q＝Neq\f(ΔΦ,R)，得q1＝q2；由于兩次拉出所用時間Δt1<Δt2，則所產(chǎn)生的感應電動勢E1>E2，閉合回路中的感應電流I1>I2，又安培力F＝BIl，可得F1>F2，故選項D正確．]3．粗細均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強磁場中，磁場方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行．現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個不同方向平移出磁場，如圖所示，則在移出過程中線框的一邊a、b兩點間電勢差絕對值最大的是()B[將線框等效成直流電路，設(shè)線框每條邊的電阻為r，A、B、C、D對應的等效電路圖分別如圖甲、乙、丙、丁所示，故B正確．]4.如圖，勻強磁場中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導線框，半圓直徑與磁場邊緣重合；磁場方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應強度大小為B0.使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動半周，在線框中產(chǎn)生感應電流．現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應強度大小隨時間線性變化．為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動半周過程中同樣大小的電流，磁感應強度隨時間的變化率eq\f(ΔB,Δt)的大小應為()A.eq\f(4ωB0,π)B．eq\f(2ωB0,π)C.eq\f(ωB0,π) D．eq\f(ωB0,2π)C[當導線框勻速轉(zhuǎn)動時，設(shè)半徑為r，導線框電阻為R，在很小的Δt時間內(nèi)，轉(zhuǎn)過圓心角Δθ＝ωΔt，由法拉第電磁感應定律及歐姆定律可得感應電流I1＝eq\f(B0ΔS,RΔt)＝eq\f(B0·πr2\f(Δθ,2π),RΔt)＝eq\f(B0r2ω,2R)；當導線框不動，而磁感應強度發(fā)生變化時，同理可得感應電流I2＝eq\f(ΔBS,RΔt)＝eq\f(ΔB·πr2,2RΔt)，令I(lǐng)1＝I2，可得eq\f(ΔB,Δt)＝eq\f(B0ω,π)，C對．]二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5.(13分)在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強磁場中，B＝0.2T，有一水平放置的光滑框架，寬度為l＝0.4m，如圖所示，框架上放置一質(zhì)量為0.05kg、接入電路的電阻為1Ω的金屬桿cd，金屬桿與框架垂直且接觸良好，框架電阻不計．若cd桿以恒定加速度a＝2m/s2，由靜止開始沿框架做勻變速直線運動，則：(1)在5s內(nèi)平均感應電動勢是多少？(2)第5s末，回路中的電流多大？(3)第5s末，作用在cd桿上的水平外力多大？解析：(1)金屬桿5s內(nèi)的位移x＝eq\f(1,2)at2＝25m金屬桿5s內(nèi)的平均速度v＝eq\f(x,t)＝5m/s(也可用v＝eq\f(0＋2×5,2)m/s＝5m/s求解)故平均感應電動勢E＝Blv＝0.4V.(2)金屬桿第5s末的速度v′＝at＝10m/s，此時回路中的感應電動勢E′＝Blv′則回路中的電流為I＝eq\f(E′,R)＝eq\f(Blv′,R)＝eq\f(0.2×0.4×10,1)A＝0.8A.(3)金屬桿做勻加速直線運動，則F－F安＝ma即F＝BIl＋ma＝0.164N.答案：(1)0.4V(2)0.8A(3)0.164N6．(13分)如圖所示，一個電阻值為R、匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路，線圈的半徑為r1.在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場，磁感應強度B隨時間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示．圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.導線的電阻不計，求0至t1時間內(nèi)：(1)通過電阻R1上的電流大??；(2)通過電阻R1上的電量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量．解析：(1)由法拉第電磁感應定律可知E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔB,Δt)·S＝n·eq\f(B0,t0)·πreq\o\al(2,2)＝eq\f(nB0πr\o\al(2,2),t0)通過R1的電流I＝eq\f(E,3R)＝eq\f(nB0πr\o\al(2,2),3Rt0)(2)通過R1的電量q＝I·t1＝eq\f(nB0πr\o\al(2,2)t1,3Rt0)R1產(chǎn)生的熱量Q＝I2R1t1＝eq\b\lc\(\